Tanto a eletricidade como o magnetismo são alguns dos tópicos que moldaram a dinâmica da física moderna. Vamos analisar alguns dos princípios subjacentes a estes dois tópicos, a história da sua evolução e a forma como se relacionam entre si.
O que é a eletricidade
Nos termos mais básicos, podemos definir a eletricidade como um conjunto de partículas que foram carregadas e estão em movimento contínuo. Para compreender melhor o que é eletricidade é, teremos de ter uma boa noção dos seus princípios básicos de funcionamento.
A matéria é constituída basicamente por moléculas que são basicamente muitos átomos. Sabe-se que cada átomo contém protões (cargas positivas), electrões (cargas negativas) e neutrões (cargas neutras) na sua estrutura básica.
Com base nesta definição, podemos ter eletricidade na forma estática ou na forma dinâmica. Como os nomes sugerem, estática significa simplesmente que os electrões nesse ponto estão imóveis.
Isto significa que a carga eléctrica se acumulou num local específico, sem fluxo de corrente.
O que é o magnetismo
Magnetismo pode ser definida como a força que faz com que materiais magnéticos atraem-se ou repelem-se. Esta força é provocada pelo movimento de cargas no interior do íman.
Comparação entre eletricidade e magnetismo
A Eletricidade e o Magnetismo podem ser classificados como as duas principais facetas da eletromagnetismo. Podemos decompor o significado de Eletromagnetismo como sendo simplesmente a força electromagnética existente entre partículas que foram carregadas eletricamente.
Esta força é o que liga os electrões no interior de uma molécula ao seu núcleo, melhorando assim a sua estrutura.
História da Eletricidade e do Magnetismo
A Eletricidade e o Magnetismo eram inicialmente vistos como dois cenários totalmente diferentes e únicos. Depois de 19th No século XX, descobriu-se que estão inter-relacionados e formam aquilo a que se chama exclusivamente Eletromagnetismo.
Podemos seguir o rasto do início da Eletricidade e do Magnetismo para os antigos anos da Antiguidade grega. Era quando, para compreender melhor a teoria dos dois, era necessário aplicar medidas antigas.
Diversos investigadores revelaram, a partir de 18th até ao século XIXth para definir e moldar a nossa compreensão do mesmo. Entre esses investigadores e cientistas contam-se nomes como Michael Faraday, August Coulomb e Benjamin Franklin.
Com base nesta história antiga, temos pioneiros como William Gilbert (1540-1603) que iniciou o conceito de magnetismo. Famosamente conhecido como "O Galileu do Magnetismo"descobriu e acabou por publicar o facto de um íman ter dois pólos.
Charles Francois Du Fay (1698-1739) também fez uma grande descoberta. Percebeu que esfregar dois objectos juntos resulta na produção de alguma forma de carga eléctrica.
Há ainda Benjamin Franklin (1706-1790) que inventou o para-raios depois de, por engano, ter dado um choque a si próprio. Este baseou-se na sua teoria sobre uma agulha de ferro afiada numa esfera metálica que tendia a conduzir a eletricidade para fora da esfera.
Temos também Charles August Coulomb (1763-1806) que criou a Teoria do Equilíbrio de Torção. A partir daí, desenvolveu Lei de Coulombs que afirma que qualquer força eletrostática entre dois objectos carregados é proporcional à carga.
Físico dinamarquês de nome Hans Christian Oersted (1777-1851) responsável pela descoberta de que os campos magnéticos podem ser gerados a partir da eletricidade. A sua teoria provou que uma corrente eléctrica num fio condutor é capaz de desviar uma agulha magnetizada.
Outro grande cientista na história da Eletricidade e do Magnetismo é Michael Faraday. Descobriu a indução magnética em 1831, que é basicamente a produção de um CEM a partir da interação entre um circuito elétrico e um campo magnético.
História do Eletromagnetismo Antigo
Podemos atribuir a descoberta mais antiga do magnetismo aos gregos, que tinham um conhecimento claro das forças de atração do âmbar de borracha e da magnetite. Já em 800 a.C., os gregos estavam a extrair magnetite na Tessália, na província de Magnésia.
O grego a quem se atribui o mérito de ter sido o primeiro a iniciar o estudo das forças magnéticas chamava-se Tales de Mileto. Ele descobriu duas coisas na sua pesquisa. A primeira foi que a magnetite tinha a capacidade de atrair o ferro.
Em segundo lugar, esfregou uma resina de árvore fóssil chamada âmbar e o resultado foi que atraía materiais com um peso leve. É do conhecimento geral que a palavra íman provém do nome da província de Magnésia, na Grécia.
No que respeita a aplicações antigas, a primeira utilização conhecida foi a da bússola magnética. Diz-se que foi na China, por volta do ano 26th Século a.C., mas esta é apenas a opinião de alguns historiadores.
Outros historiadores acreditam que foram os árabes ou os italianos que o inventaram e partilharam a tecnologia com a China por volta de 13th Século. Peter Peregrinus, de França, é a pessoa a quem se atribui a realização da primeira experiência electromagnética.
Realizou experiências com pedra calcária e descobriu as extremidades norte e sul de um íman, chamando-lhes pólos. Descobriu ainda que, ao cortar qualquer íman em pedaços, cada pedaço de íman continua a ter dois pólos.
Descoberta do eletromagnetismo
Para um conceito que acabará por revolucionar o mundo inteiro, é muito estranho que o eletromagnetismo tenha sido descoberto acidentalmente. Hans Christian Oersted era um cientista dinamarquês que fazia demonstrações a alguns estudantes num laboratório.
Tentava provar que não existia qualquer relação entre eletricidade e magnetismo. A demonstração consistiu em colocar um fio condutor junto a uma bússola e fazer passar uma corrente eléctrica através dele.
A bússola tem uma agulha magnética e a expetativa era que não houvesse movimento da agulha. A agulha, ao passar a corrente no fio, manteve a direção do norte magnético da Terra.
Quando terminou de provar isso, um dos alunos pegou no fio e colocou-o numa direção diferente junto à bússola. Ao contrário do que Oersted acreditava, a agulha da bússola apontou para o fio e não mais para o norte da Terra.
Para confirmar esta observação, desligou a corrente no fio para ver o efeito e a agulha apontou novamente para o norte da Terra. A descoberta de Oersted foi que um campo magnético pode ser criado a partir de uma corrente eléctrica.
A força do campo magnético gerado tinha intensidade suficiente para atrair a agulha magnética da bússola. Foi assim que o eletromagnetismo foi descoberto e a sua evolução teve um grande impacto na física moderna e nas invenções.
Linhas cronológicas da eletricidade e do magnetismo desde a conceção até à atualidade
Podemos destacar alguns dos principais desenvolvimentos da eletricidade e do magnetismo, ano a ano. Isto significa que temos de começar desde a sua descoberta até à tecnologia atual.
Por volta de 600 a.C., os filósofos gregos descobriram as lodestones e definiram as suas propriedades magnéticas. Foi na mesma altura que descobriram um mineral chamado âmbar que tinha a capacidade de atrair materiais leves quando esfregado.
Neste mesmo período, foram descobertas três formas de produção de eletricidade, nomeadamente indução electromagnéticaestática ou por eletroquímica. Isto aconteceu depois de o Dr. William Gilbert ter investigado as reacções do íman e do âmbar.
O funcionamento de uma bússola foi inventado mais tarde, entre 1100 a.C. e 1200 a.C. Foi por esta altura que se descobriu a bússola flutuante e outra com um ponto de rotação.
Mais substâncias foram consideradas eléctricas graças à descoberta de William Gilbert (1544-1603) por volta de 16th Século. Foi aqui que a eletricidade vítrea e resinosa foi descoberta quando o âmbar foi esfregado com diferentes materiais.
Um inventor e cientista alemão chamado Otto von Guericke criou um gerador de eletricidade estática, a máquina que produz eletricidade estática. A época atual foi por volta de 1660 d.C.
Posteriormente, em 1729, Stephen Gray apresentou a teoria dos condutores e não-condutores. Descobriu que um corpo carregado pode transmitir energia eléctrica a outro corpo não carregado quando colocado em contacto.
Isto levou à descoberta da atração e repulsão dos corpos eléctricos. Estes dois tipos de eletricidade foram descobertos por Gowen Knight em 1734.
Após a descoberta dos ímanes naturais, Gowen Knight iniciou a produção de ímanes artificiais em 1740. Este tipo de íman para uso comercial foi muito importante, especialmente para os navegadores de alto mar e para os exploradores científicos naturais.
Seguiram-se os condensadores eléctricos, inventados por Pieter van Musschenbroek e Ewald von Kleist, respetivamente dos Países Baixos e da Pomerânia. Isto foi em 1745 e o conceito subjacente era que uma carga eléctrica podia ser temporariamente armazenada.
A partir desta conservação de cargas, um americano chamado Benjamin Franklin, em 1747, descobriu que havia dois tipos de cargas armazenadas. As forças eléctricas existiam como forças repulsivas ou atractivas, simbolizadas pelo sinal positivo (+) ou negativo (-).
A primeira pilha eléctrica foi mais tarde inventada por Alessandro Volta, que descobriu que a humidade entre duas placas eléctricas pode criar eletricidade. Volta confirmou que é possível transferir eletricidade de um ponto para outro utilizando um fio condutor.
A descoberta da corrente eléctrica foi feita por volta de 1820 por André Marie Ampere, que elaborou as leis relativas aos campos magnéticos e à sua relação com a corrente. Esta corrente é medida em Amperes e é o que une o magnetismo e a eletricidade, basicamente porque o magnetismo provém dela.
Michael Fraday (1791-1867) descobriu a indução electromagnética, um feito que foi uma das melhores descobertas no campo eletromagnético em 1855. O seu raciocínio por detrás de tudo isto era que o magnetismo podia produzir eletricidade da mesma forma que o magnetismo podia produzir eletricidade.
Apesar de necessitarem de correntes fortes, as lâmpadas de arco voltaico foram descobertas em 1860 por Sir Humphrey Davey, embora fossem utilizadas grandes pilhas. Uma incandescência brilhante formava-se quando duas varetas de carbono eram alinhadas e mantidas assim através da corrente eléctrica.
Enquanto os motores eléctricos de corrente contínua estavam ainda em fase de experimentação, Pacinotti, em 1860, fabricou um motor utilizando uma armadura com enrolamento em anel. Em 1871, Zenobe Theophile Gramme desenvolveu o conceito de Pacinotti e criou um motor comercialmente viável.
Em substituição das lâmpadas de arco utilizadas para iluminar as ruas, a iluminação de potencial constante foi descoberta em 1871 e necessitava de uma alimentação eléctrica constante. O gerador de corrente contínua foi assim inventado, dando origem ao nascimento da indústria eléctrica.
O génio responsável pela invenção do sistema de corrente alternada é um sérvio chamado Nikola Tesla, em 1883. Como não era possível transportar correntes de corrente contínua a longas distâncias, Tesla fez experiências com campos magnéticos rotativos de geradores de corrente contínua.
George Washington capitalizou a invenção de Tesla e, em 1886, começou a gerar a primeira corrente alterna. A energia era apenas utilizada para iluminação, uma vez que não existia nenhum motor de corrente alterna para outras utilizações.
A partir daí, foram feitos rápidos desenvolvimentos, como o reator nuclear de fissão de Otto Hahn em 1890 e o amplificador eletrónico em 1906 por Lee De Forest. Outras descobertas nessa altura incluem os ímanes de aço-cobalto em 1917 por Honda e Takai e os ímanes de aço comerciais em 1919.
Os rádios FM surgiram então por cortesia de Edwin Armstrong em 1920, seguidos pelos ímanes chamados Alnico, com ferro, níquel e alumínio, inventados por Mishima em 1930. Seguiram-se rapidamente os transístores, em 1950, por William Shockley, e os ímanes de cerâmica, em 1952, pela empresa Phillips.
Outra grande invenção para a eletrónica moderna é o circuito integrado inventado em 1953 por Jack Kilby. Os ímanes de terras raras, como o Samário-Cobalto, foram descobertos em 1966 pelo Dr. Karl Strnat, contendo níveis de energia muito elevados.
Mais tarde, surgiram os produtos electromagnéticos de alta energia, como o Neodímio-Ferro-Boro. Estes compostos de alta energia foram desenvolvidos pela General Motors em 1983. Desde então, têm sido feitos avanços nestas tecnologias existentes, com modificações em grande parte efectuadas.
Aplicações do eletromagnetismo
Através do eletromagnetismo, a eletricidade e os ímanes encontram o seu lugar na nossa vida quotidiana. As suas aplicações são vastas e variadas em muitos domínios, incluindo:
- Geradores e transformadores de energia
- Indústria de cuidados de saúde em máquinas de ressonância magnética
- Válvulas de controlo e relés industriais e solenóides electromecânicos
- Campainhas eléctricas e campainhas electrónicas
- Espectrómetros de massa de laboratório
- Fechaduras magnéticas e separadores magnéticos
- Aparelhos domésticos, como ventoinhas eléctricas e sistemas de refrigeração
- Sensores e actuadores
- Comboios de levitação magnética
Conclusão
Em suma, os benefícios da eletricidade e do magnetismo que experimentamos hoje percorreram um longo caminho. Tem sido uma série de inovações com o objetivo de ter melhor equipamento com melhor desempenho e maior eficiência.
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